暖通空调节能设计分析

张瑞玲

【摘要】 暖通空调是建筑设计中必不可少的一项，其功能的多样性也有所扩展，本文主要是分析了建筑环境与暖通空调能耗之间的关系， 探讨了室内环境， 围护结构， 建筑规化设计对暖通空调负荷及节能的影响， 并阐述了暖通空调领域节能的途径与方法， 以期促进暖通空调节能设计的进展。

【关键词】暖通空调；节能设计；能耗

一、暖通空调领域能耗

1.建筑环境与暖通空调能耗

能源为经济的发展提供了动力， 但是能源的发展往往滞后于经济的发展 。近几年 ， 我国的国民生产总值增长率维持在 10%，但能源增长率只有 3%～ 4%。 这样的形势要求我们必须节能。建筑能源消耗占社会总能耗的比例较大， 建筑节能是建筑发展的基本趋势， 也是当代建筑科学技术的一个新的生长点。 现代建筑的必要组成部分— — —暖通空调领域也已经受到这种趋势的影响，暖通空调系统中的节能正在引起暖通空调设计者的注意， 并且针对不同国家、地区的能源特点和不同建筑的采暖、通风、空调要求发展着相关的节能技术。 现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源， 其中电能占了绝对比例。 研究建筑环境， 了解暖通空调负荷产生的原因及影响因素， 可以更加合理地提出解决问题的方法。

2.暖通空调能耗的重要组成部分

为了创造舒适的室内空调环境， 必须消耗大量的能源 。 暖通空调能耗是建筑能耗中的大户， 据统计在发达国家中暖通空调能耗占建筑能耗的 65%， 以建筑能耗占总能耗的 35%计算， 暖通空调能耗占总能耗的比例竟高达 22. 75%， 由此可见建筑节能工作的重点应该是暖通空调的节能。 从暖通空调的能耗组成可以看出： 暖通空调系统的能耗主要决定于空调冷、热负荷的确定和空调系统的合理配置， 空调系统的布置和空调设备的选择是以空调负荷为依据的。 所以暖通空调节能的关键是空调外界负荷和内部负荷的确定， 而暖通空调节能工作也应该从这个方面着手， 合理布置建筑物的位置， 正确选择外墙、门、窗、屋顶的形状及材料等， 尽量减少空调负荷。

3.室内环境的影响

暖通空调的目标是为人们提供舒适的生活和生产室内热环境， 主要包括： 室内空气温度 、空气湿度、气流速度以及人体与周围环境（ 包括四壁、地面、顶棚等） 之间的辐射换热（ 简称环境热辐射） 等。 在一般的舒适性空调中， 以能够使人体保持平衡而满足人们的舒适感觉为目的； 在恒温恒湿或有洁净要求的工艺性空调中， 一切以满足生产工艺为目标。 而房屋的建筑热工设计是恰当地利用房屋围护结构的热导性， 抵抗室外气候的变化， 使房间内产生舒适的微气候。

4.围护结构暖通空调负荷的影响

围护结构包括外围护结构和内围护结构。 外围护结构主要包括屋面、外墙和窗户（ 包括阳台门等） ； 内围护结构主要包括地面、顶棚、内隔墙等。 在采暖建筑中， 围护结构的传热热损失占总热损失的比例是较大的， 以 4 个单元 6 层的砖墙、混凝土楼板的典型多层建筑为例， 在北京地区， 通过围护结构的传热热损失约占全部热损失的 77%（ 其中外墙 25%， 窗户 24%， 楼梯间隔墙11%， 屋面 9%， 阳台门下部 3%， 地面 2%）； 通过门窗缝隙的空气渗透热损失约占 23%。 由此可见改善围护结构的热工性能对于暖通空调节能具有重要意义。

5.建筑规划设计对暖通空调节能的影响

规划设计是建筑节能设计的重要方面， 规划节能设计应从建设选址、分区、建筑和道路布局走向、建筑方位朝向、建筑体型、建筑间距、冬季季风主导方向、太阳辐射、建筑外部空间环境构成等方面进行研究。 充分重视和利用太阳能、冬季主导风向、地形和地貌， 利用自然因素， 分析气候的决定因素、辐射因素、大气环流因素和地理因素的有利、不利影响， 通过建筑的规划布局对上述因素进行充分利用、改造， 形成良好的居住条件和有利于节能的微气候环境。 建筑旁边的绿化不但有防风、隔声、防尘和美化环境的作用， 而且对于建筑节能也有重要作用。

二、暖通空调领域节能的途径与方法

1.改善建筑围护结构的保温性能，减少冷热损失

对于暖通空调系统而言， 通过围护结构的空调负荷占很大比例， 而围护结构的保温性能决定围护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过围护结构的空调负荷的大小。 所以在国家出台的建筑节能设计规范和标准中， 首先要求的就是提高围护结构的保温隔热性能。 适当增加墙体 、屋顶的保温性能， 可以减少通过这些围护结构产生的冷热负荷。 例如： 采用新型节能墙体— — —小型混凝土空心砌块做墙体可有效减轻建筑物的负荷， 其墙体传热系数 K =0. 54 W/ m 2 ， 比传统黏土实心砖墙节能一倍以上。 根据权威部门对住宅围护结构的热工测试结果证明， 住宅内热量有 40%～50%是通过门窗损失， 所以应尽量采用密封性好 、保温节能的新型塑钢门窗。

2.空调新风量影响空调系统能耗

空调新风问题是影响空调是否节能的一个方面， 新风量过多会增加其负荷， 进而增加电耗，处理的新风量过少则会影响空调环境的质量， 因此针对具体的空调环境做好送风温度和新风比例的调整非常有利于节能。 比如， 对于夏季需供冷 、冬季需供热的空调房间， 室外新风量愈大， 系统能耗愈大， 在这种情况下， 室外新风应控制到卫生要求的最小值。 而在过渡季节， 空调室内一般不需供冷或供热 ， 可全部采用新风， 这种方法是空调系统最有效的节能措施之一。

3.空调方式影响空调系统能耗

选择合适的空调方式是空调节能的一个重要方面。 近几年来， 变频空调因其具有节能和提供舒适内环境的显著特点而得到飞速发展， 到目前为止， 变频空调器占日本房间空调器市场销售份额的 80%以上。 根据日本 JRA404 标准， 变频空调器季节能效比远高于定频空调器， 在冷负荷相当的情况下使用变频空调器消耗的功率仅为定频空调器的 66%， 即省电 34%。 因此， 变频空调应是空调发展的一个趋势， 使空调尽可能达到节能要求。 在中央空调系统中， 我们应采用变频技术， 其主要有两种形式： 用变速泵和变速风机替代调节阀， 减少系统内部消耗， 提高整机效率， 或者采用变流量技术 ， 根据空调负荷改变水流量或风流量， 从而达到节能效果。

4.推广应用使用可再生能源或低品位能源的空调系统

随着空调系统的广泛应用， 空调对不可再生能源的消耗将大幅度上升， 同时对生态环境的破坏也在日趋加剧。 如何利用可再生能源及低品位能源已经成了该领域重要的研究課题。 地源热泵空调系统就是在这种形势下发展起来的， 它利用地下恒温层土壤热显著提高空调系统的 COP 值， 使得同等制热（ 或制冷） 量下的系统能耗大幅度下降。 另外， 利用太阳能供热或制冷技术也在开发研究着。

5.冷热回收利用的研究运用， 实现能源最大限度的利用

目前许多空调系统冷热回收利用研究也在蓬勃开展， 如空调系统排风的全热回收器， 夏季利用冷凝热的卫生热水供应等， 都是对系统冷热的回收利用， 显著提高了空调系统能源利用率。 从节能考虑， 将系统中需排掉的余热移向需要热的地方去是节能的一种趋势。 全热交换器的热传递效率现可达到 75%～ 80%。 还有一些常用热回收装置， 如热管换热器、板式换热器、热回收环路等。 相对来说， 热泵系统回收方式更普遍， 热泵可以回收 100 ℃～

三、结语

改善建筑环境， 提倡绿色建筑和建筑物的自身节能； 优选建筑物空调系统运行模式及设备， 加强自动控制运行管理方式 ； 空调新风量； 空调方式等。 在空调领域， 舒适和节能成为当今建筑、设计的基本课题， 保护环境， 利用自然能源， 削减能源负荷， 成为今后建筑设计的方向。 暖通空调系统在建筑节能中占据重要的位置， 起着重要的作用， 节能技术的研究开发和运用是暖通空调系统、建筑系统节能的基础， 是推动经济发展的保证。